• 高速公路隧道群监控测量技术方案设计
二级建造师考试 2008/11/23 保存本文 免费试听课程 收藏本页
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河南省分水岭至南阳高速公路位于东秦岭伏牛山加里东造山带核部，地形、地质情况复杂。主线通过的地方多为高山、深谷和陡坡，桥隧相连，多处存在顺层、 滑坡、坍塌和浅层软土等不良地质。该路全线分布着隧道5座，其中一座为小净距隧道，一座为单线隧道，其余为分离式双洞隧道。隧道建筑限界净高sm，限界净宽10.25m。隧道围岩由V、W、1类构成，其中岩性较差的V、W类围岩占全线隧道的大部分。
1 监控量测项目及仪器
1.1 量测项目的选定
本次 监控量测项目选定根据《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)的相关规定，在充分考虑各座隧道工程特点及围岩地质条件的基础上，并结合其他类似工程的监控量测经验，按照量测简便、结果可靠、成本低廉，同时便于施工单位采用等原则确定。
(1)必测项目
必测项目是为了在设计、施工过程中确保围岩稳定，并通过判断围岩的稳定性来指导设计、施工的经常性量测。此类量测通常测试方法简单，费用少，可靠性高，但对监视围岩稳定、指导设计施工却有巨大的作用。在本次量测任务中选择的必测项目有:地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉。
(2) 选测项目
选测项目安装埋设比较复杂，量测项目较多、时间长、费用较大，但工程竣工后还可以进行长期观测。在本次量测任务中选择的选测项目有围岩体内位移(洞内设点)、二衬钢筋应力、孔隙水压力。
(3 )地质超前预报
工程实例表明，由于用于隧道施工图设计的地质勘探报告主要是从宏观方面对隧道的类别进行判定[3]，因此，为了准确地评定围岩级别，继而调整支护参数和衬砌类别，同时对前方存在断层、溶洞等不良地质现象进行预报，提前做好过渡这些不良地质地段的工程措施，必须利用地质超前预报对掌子面前方地质状况进行施工现场全程勘察。在本次测量任务中将利用结果准确、操作简捷、使用灵活的地质雷达进行地质超前预报。
1.2 量测仪器的选定
在隧道监控量测中，仪器的选择决定着能否取得准确可靠的数据，甚至决定着监控工作能否顺利的完成。考虑本次所要监控隧道围岩均为硬岩，个别隧道施工环境较差，雨季有滴状出水，且各工地相距较远，量测工作量大等特点，在仪器选择上首先考虑功能与可靠性，其次为易操作性和便携性，最后兼顾性价比，最终选择仪器见表1。
2 测点布置及量测方法
对量测测点的科学布置是监控测量方案设计的又一关键问题。对此应重点监测围岩质量差或局部不稳定块体、节理或地下水发育地段，以及特殊工程部位(如洞口处)。监测点的安装埋设应尽可能靠近隧道掌子面，以便尽可能完整获得围岩开挖后初期力学形态变化和变形情况。基于以上某高速公路测点布置及量测方法如下。
2.1 地质和支护状况观察
地质和支护状况观察分为开挖工作面观察和已施工区段观察2部分。开挖工作面观察在每次开挖后进行，内容包括节理裂隙发育情况、工作面稳定状态、风化变质情况、断层分布、初期支护效果及涌水情况等。
已施工区段观察每天进行一次，内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。每次观察除进行相关的记录外，均进行数码拍照，并及时整理成档。
2.2 拱顶下沉量测
拱顶下沉量测是在隧道开挖毛洞的拱顶及轴线左右各2m处设置3个带挂钩的膨胀螺钉作为测桩;埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将膨胀螺钉拧紧即可。对于稳定性较差的围岩，测桩可在锚喷支护后布置，量测时可借用钢尺式收敛计及附带挂钩挂在测点上稳定后用高精度水准仪量测(图1)
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• 2.3 周边位移量测
隧道围岩周边位移量测测点的埋设方法与拱顶下沉相似;对于预设点的断面，在隧道开挖爆破之后24h 内，按三角形沿隧道周边在拱顶和边墙部位分别埋设测桩;拱顶部分的测桩可利用拱顶下沉的钡1桩;隧道上台阶开挖阶段布设①②③测头，下台阶开挖后布置④ ⑤测头，共计6条测线。采用中铁西南科学研究院生产的SW-IV型钢尺式收敛计量测周边收敛变形。
2.4 围岩体内位移量测
围岩体内多点位移采用南瑞集团生产的电测式多点位移计进行量测。上台阶开挖后在每一量测断面的拱顶、左侧、右侧各布设1组测点;下台阶开挖后在左一、 右侧再各布设一个测点，一个量测断面共5组测点，利用数据采集箱和便携式计算机进行数据采集。量测断面的测点布置见图2。
2.5 二衬钢筋应力量测
对隧道二次衬砌钢筋应力的量测是采用将二衬钢筋截取相应长度后，直接把钢筋应力计与其焊接，在二衬混凝土浇注后进行量测的方法。为方便量测并提高量测结果的可比性，测量布置方式和采集方式与围岩体内位移量测相同。
2.6 孔隙水压力量测
由于分水岭隧道位于河南南阳回龙抽水蓄能电站的上库与下库之间，并有高压水管从其下穿过，为监测隧道施工及运行期间孔隙水压力，在该隧道仰拱中设立孔隙水压力计进行量测。孔隙水压力计焊接在仰拱钢筋上，在混凝土浇注后，利用数据采集箱进行数据采集。
2.7 地质超前预报
地质雷达超前预报与STP地震预报法和掌子面取芯钻孔法相比较，具有结果准确、操作简捷、使用灵活等特点。本次量测任务中选用的是加拿大A-CUBED公司的EKKO-100型地质雷达。探测布置为在隧道上台阶掌子面每开挖7-8m进行一次超前预报。判断前方20m范围内的围岩地质情况，并确定围岩类别，以便制定正确的开挖及支护方法。
3 量测断面的拟定
针对该高速公路隧道地质围岩及结构特点，并根据隧道监控量测以往类似工程的监控量测经验和各类量测项目的作用意义，在文献2指导下进行量测断面的布置设计。必测项目周边收敛和拱顶下沉按以下原则进行布置: V类围岩段每隔15-30m布设1个断面，IV类围岩段每隔 30~50M布设1个断面，Ⅲ类围岩段每隔60m，以上布设1个断面。洞口附近和围岩级别交接区适当加密。
选测项目中孔隙水压力量测仅针对水害严重的分水岭隧道，而围岩体内位移与二衬钢筋应力量测为配合后期围岩模量反演分析研究仅在部分典型围岩断面埋设。具体布设位置见表2。
4 量测频率
必测项目可在测点埋设后即读取初始读数，选测项目在混凝土初凝后测取初始读数，以后根据技术规范要求的采集频率和次数进行收集数据，但量测频率也须根隧道开挖进度和所量测数据的变化情况当的调整。同一断面尽量在每天同一时刻量测，即保证量测间隔相同。
5 量测数据处理与信息化施工
及时对所得数据进行分析处理，对指导隧道施工、预报突发情况以及合理调整量测频率都有重要意义。
在本量测项目中，针对隧道数量多、量测项目及断面多等特点，本量测小组开发了基于ACCesZo03的量测数据管理系统。该系统可以完成不同隧道多个断面的数据输入、公式计算、温差修正及输出打印等功能，便于隧道群监测项目的数据采集、查询与分析。在此基础上 应用“DATETREAT数据处理系统程序”对采集数据进行回归分析，找出隧道围岩变形随时间变化的规律，为修改设计与指导施工提供科学的依据。
根据量测情况，对必测项目每周将量测结果向上级主管部门汇报一次，其他按月提交监控量测阶段报告。与业主、施工及监理单位建立通畅的联系方式，如遇量测数据异常及险情，第一时间将量测信息反馈到施工中去。通过对量测成果的深入分析，及时提出各工序合理的施工时间和支护类型。
6 结语
通过本次隧道监控量测及信息化施工，将实现以下目标:
(1) 利用各监控方法，精心量测各监控项目，及时整理分析量测结果，以确保各隧道在工程施工过程中能安全顺利贯通。
(2 )通过监控量测成果来补充设计，安排施工工序，修改支护参数，使工程投资在保证施工质量的前提下，更加经济合理。
(3 )为下一步基于量测结果进行隧道围岩力学参数反分析收集数据。
(4) 整理隧道群监控工程经验与教训，总结相关隧道监控实用技术成果，为更好开展类似工程项目积累宝贵资料。
